45억 년 된 소행성에서 DNA·RNA 염기 5종 모두 발견

최근 연구에 따르면, 생명의 분자적 ‘글자’에 해당하는 5가지 핵심 핵염기(nucleobase)가 소행성 ‘류구(Ryugu)’에서 채취한 시료에서 모두 발견됐다.

소행성에서 얻은 입자들은 지구상에 생명이 탄생하는 데 기여했을지도 모를 화학적 성분들을 엿볼 수 있게 해준다. 류구 시료는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)의 ‘하야부사 2호(Hayabusa2)’ 임무를 통해 2020년 우주에서 지구로 가져왔다.

2023년, 국제 연구팀은 이 시료들 속에서 핵염기 중 하나인 ‘우라실(uracil)’을 발견했다고 보고한 바 있다. 이어 최근 학술지 ‘네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)’에 발표된 연구에서, 일본 과학자들로 구성된 연구팀은 이 원시 소행성 물질 속에 5가지 핵염기가 모두 존재한다는 사실을 확인했다.

이는 생명을 구성하는 이러한 성분들이 태양계 초기 시절, 태양계 전역에 널리 퍼져 있었을 가능성을 시사한다.

왜 핵염기를 찾는 것일까

핵염기는 질소를 포함한 유기 분자로, DNA와 RNA에서 유전 정보의 ‘글자’ 역할을 합니다. 5가지 주요 핵염기에는 아데닌과 구아닌(퓨린 계열), 그리고 사이토신, 티민, 우라실(피리미딘 계열)이 있다.

이 분자들은 당 및 인산과 결합하여 유전 물질의 기본 단위인 ‘뉴클레오타이드(nucleotide)’를 형성합니다. 핵염기가 없다면 생명체가 성장하고 번식하며 진화할 수 있게 하는 유전 암호는 존재할 수 없을 것이다.

과학자들은 류구 시료 속의 퓨린과 피리미딘을 연구함으로써 원시 소행성의 화학적 역사를 재구성할 수 있다. 이를 통해 생명의 구성 요소가 어떻게 형성되었고 태양계 전역에 어떻게 존재했을지에 대해 더 잘 이해할 수 있게된다.

하야부사 2호는 총 5.4그램의 원시 소행성 물질을 지구로 가져왔습니다. 연구진은 시료가 오염되지 않도록 극도로 깨끗한 실험실 환경에서 작업해야 했습니다. 이들은 물과 염산을 사용하여 유기 분자를 추출한 뒤, 이를 정제하여 분석을 진행했다.

연구진은 분석한 두 개의 류구 시료 모두에서 5가지 핵염기를 모두 발견했으며, 그 양은 대체로 비슷했다.

우주에서 발견된 유전 물질의 핵심 구성 요소

이번 연구 결과는 우주 암석에 관한 기존의 발견들과 일치했다. 1969년 호주에 떨어진 머치슨(Murchison) 운석과 1864년 프랑스에 떨어진 오르괴유(Orgueil) 운석에서는 이전부터 핵염기를 비롯한 다양한 유기 분자들이 발견된 바 있다.

물론 지구에 낙하하는 운석은 우주를 이동하거나 지표면에 착륙하는 과정에서 오염될 가능성이 있다. 하지만 2025년, NASA의 소행성 베누(Bennu) 탐사 임무를 통해 확보한 순수한 시료에서도 5가지 핵염기가 모두 확인됐다.

류구(Ryugu)나 베누, 그리고 오르괴유 운석의 모체가 된 소행성들은 초기 태양계의 잔해다. 이들은 약 45억 년 동안 물질을 거의 변하지 않은 상태로 보존할 수 있다.

흥미롭게도 이러한 소행성들 사이에는 화학적 차이가 존재한다. 머치슨 운석에는 퓨린(purine) 계열이 풍부한 반면, 베누와 오르괴유 운석에는 피리미딘(pyrimidine) 계열이 더 많이 포함됐다. 이러한 균형은 암모니아의 영향을 받았을 가능성이 있다. 암모니아는 어떤 핵염기가 형성될지를 결정짓는 핵심 분자다.

연구진은 류구에서 채취한 비교적 순수한 시료를 머치슨이나 오르괴유 같은 운석과 비교함으로써, 생명체의 분자적 구성 요소가 우주에서 어떻게 이동해 왔는지 그 여정을 추적하고 있다.

연구 결과는 유전 물질의 핵심 구성 요소가 우주에서 형성된 뒤 초기 지구로 전달되었을 가능성을 시사한다. 다시 말해, 지구 생명체의 역사는 이러한 고대 소행성들의 화학적 특성과 깊이 연관되어 있을지도 모른다.

생명체 구성 요소의 경로

이러한 발견들은 태양계 곳곳에 존재하는 탄소 풍부형 소행성들이 생명 탄생 이전의 다양한 화학적 성분을 품고 있음을 보여준다. 다만, 퓨린과 피리미딘의 균형을 비롯한 구체적인 분자 구성은 소행성마다 각기 다른 화학적 환경과 역사에 따라 달라진다.

류구에서 채취한 시료는 우주 공간에서 직접 수집되었고 지구에 의한 오염으로부터 보호되었기에, 고대 태양계의 화학적 상태를 가장 명확하게 보여주는 자료 중 하나다.

류구에서 5가지 핵염기가 모두 발견되었다는 것은, 생명체를 구성하는 분자 재료들이 수십억 년 전 이미 우주 공간에서 형성되고 있었을 가능성을 시사다. 소행성들은 이러한 재료들을 초기 지구로 전달하는 역할을 했을지도 모르며, 이는 곧 생명 탄생의 기원이 더 거대한 우주적 화학 이야기의 일부임을 의미한다.